金屬表面硅烷处理技术.docVIP

金属表面硅烷处理技术 摘 要：根据金属腐蚀及涂层防腐原理，研究了金属表面硅烷处理工艺技术及处理后的功能特性，分别进行了盐水浸泡、中性盐雾、温水浸泡试验。结果表明，金属表面硅烷处理工艺技术可以取代涂装前磷化处理。该技术具有常温处理、无毒性无污染的特点，可广泛应用于涂装前处理与防腐领域。 关键词：硅烷；防腐；盐雾试验；温水浸泡试验；涂装 Silane treatment technology on metal surface Abstract: Based on the principle of metal corrosion and coating protection, the functional properties of silane treatment technology on metal surface and its post treatment were studied, and the saline sook, neutral salt spray, warm water immersion tests were conducted. The results showed that the silane treatment technology on metal surface can substitute the phosphating and chromating processes of coating pretreatment. The silane treatment technology has the characteristics of normal temperature treatment, avirulence and non-pollution, and can be applied in the filed of coating pretreatment and corrosion protection. Keywords: silane; corrosion protection; salt spray test; soaked in warm water test；coating 1 前言 涂装前磷化处理的铬钝化工艺作为一种主要的金属防腐技术，广泛应用于不同的工业领域，如汽车、飞机和船舶工业等。然而磷化含锌、锰、镍等重金属离子并含有大量的磷，铬钝化处理本身含有危害较大的铬，都已不能适应国家对涂装行业的环保要求。磷、铬化合物的替代物(或称“绿色防腐剂”)的研究开发正方兴未艾。本文所要介绍的硅烷便是其中最具潜力的一种。总体来说，以有机硅烷为主的金属表面防锈技术具有工艺过程简单、无毒性、无污染、适用广泛等优点。经硅烷处理过的金属表面的防腐性优异，对有机涂层的附着力良好[2]。 2 防腐机理[5] 2. 1 金属/涂料界面基本原理 涂料与金属界面的作用取决于附着力(或称界面力)，它可以是分子间作用力、静电吸引力，也可以是化学键。计算表明，当2 个固体间距在0.4 nm 以内，亦即达到分子间作用力的有效近程时，分子间作用力可达108 ~ 109 N/m2(100 ~ 1 000 MPa)，即使不用黏接剂，也能实现黏接。 但实际工作中，人工所获得的最平整表面仍有20.0 nm 左右的凹凸度。可见涂料与金属界面的附着力不仅取决于界面上的力学强度，还取决于界面区和本体之间的力学性质。如果断裂发生在远离界面的本体相中或靠近界面的薄层中，则称为内聚断裂，此时可以认为涂层附着力好；如果断裂发生在界面区内，则称为界面断裂，此时说明附着力差。涂料与金属之间的附着力就是分子之间或原子之间的相互作用力，主要有化学键力和分子间作用力2 种。涂层附着力可采用冲击试验(GB/T 1720–1979《漆膜附着力测定法》)进行测试。 2. 2 涂层防腐蚀机理 涂料涂装的目的就是装饰与防腐，其机理如下：(1)防渗透机理，涂层是金属/腐蚀介质的阻挡层，防止腐蚀介质的渗透；(2)提高界面电阻，大部分金属/腐蚀介质构成的电化学腐蚀通过有机涂层提高界面电阻，减少电化学腐蚀的表面积；(3)改性涂料添加防锈剂，利用钝化与阴极保护原理达到防腐目的。 2. 3 金属表面硅烷处理机理 硅烷含有2 种不同的化学官能团，一端能与无机材料(如玻璃纤维、硅酸盐、金属及其氧化物)表面的羟基反应，另一端能与树脂生成共价键，从而使2 种性质差别很大的材料结合起来，起到提高复合材料性能的作用。硅烷化处理可描述为4 步反应模型：(1)与硅相连的3 个Si─OR 基水解成Si─OH；(2)Si─OH 之间脱水缩合成含Si─OH 的低聚硅氧烷；(3)低聚物中的Si─OH 与基材表面上的OH 形成氢键；(4)加热固化过程中伴随脱水反应而与基材以共价键连接